基于数字孪生的智能制造生产线平台构建及仿真研究

【摘要】：随着大数据、云计算、移动互联等信息技术领域的不断变革,制造业新一轮的产业革命,特别是信息化和工业化的结晶—智能制造蓄势待发。而如何将实体设备的作业过程在虚拟空间进行实时映射已成为实现智能制造的关键。本课题通过对数字孪生技术的研究,设计了一种智能制造生产线,能够完成虚拟空间和实体设备的实时信息交互,为解决智能制造的核心问题提供了思路。本文的主要工作内容如下:1、设计了一种基于小工件生产的生产线作为数字孪生系统的载体。该生产线包括立体仓库、数控机床、加工中心、落地式工业机器人及物流AGV等物理实体和RFID标签、可编程逻辑控制器、传感器、RFID等功能部件。通过上述生产线的设计,可实现物料的加工、装配、运输和存储等作业。2、由于物流AGV平台是生产线实现自动化作业的关键,故对物流AGV进行了详细设计。AGV平台设计包括:车体结构设计、运动单元设计、导航单元设计、背负式接货单元设计、控制单元设计、动力及安保单元设计等。建立了基于Solidworks的物流AGV三维模型,完成了系统零件图纸的绘制及部分元器件的选型。此外,设计了一种基于模糊控制的循迹纠偏方法来纠正AGV的实际行驶轨迹,并进行了仿真实验,实现了基于模糊控制的AGV循迹纠偏和物料的自动搬运。3、设计了生产线的数字孪生系统。主要包括数字孪生系统体系架构设计、基于Tecnomatix平台下不同实体设备的虚拟模型建模以及基于OPC UA技术的数据采集等。4、对数字孪生系统进行了仿真测试。基于指尖陀螺的生产工艺进行下单生产,从而完成本数字孪生系统的仿真实验,验证了该系统对生产线生产的虚拟监控。